唐飛翔 廖達(dá)琛 鄭俊杰 葛春亮 沈海濤 胡達(dá)清

浙江天地環(huán)?？萍加邢薰?/p>

0 引言

水泥工業(yè)氮氧化物排放約占全國氮氧化物排放量的8%～10%，是我國繼火電廠、機(jī)動車之后的第三大氮氧化物排放源?！笆濉逼陂g，國家對環(huán)保要求進(jìn)一步趨嚴(yán)，對水泥工業(yè)的大氣污染防治尤其是NOx總量減排提出了更高要求，江蘇、河南、河北等部分地區(qū)已將NOX排放限值降為100mg/Nm3。

目前，水泥窯爐普遍采用的氮氧化物脫除方法為低氮燃燒、SNCR脫硝等技術(shù)[1，2]，脫硝效率一般低于60%，無法滿足水泥行業(yè)更為嚴(yán)苛的氮氧化物排放指標(biāo)。SCR技術(shù)具有較高的脫除效率，使排放的NOx濃度降到100mg/Nm3以下，是水泥行業(yè)脫硝的發(fā)展趨勢。與電力行業(yè)相比，由于水泥工業(yè)廢氣的粉塵濃度高、堿金屬含量較多、易使催化劑中毒和堵塞，國內(nèi)外成熟的SCR脫硝工程實(shí)例較少。

浙江天地環(huán)?？萍加邢薰就ㄟ^國內(nèi)外的調(diào)研考察及小型試驗(yàn)，逐步找到了一種適用于水泥工業(yè)的煙氣深度治理的陶瓷濾筒，并在此基礎(chǔ)上開發(fā)了高效SCR脫硝除塵一體化技術(shù)，目前在浙江長廣水泥廠搭建了水泥脫硝除塵中試平臺已完成了初步的試驗(yàn)研究，為后續(xù)的工程化應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

1 脫硝除塵一體化技術(shù)

1.1 脫硝除塵一體化反應(yīng)器

在脫硝除塵一體化技術(shù)中，核心部件是一體化反應(yīng)器，該反應(yīng)器與布袋除塵器類似，由入口煙道、灰斗、中箱體、高溫陶瓷催化劑濾筒、花板、上箱體、反吹掃系統(tǒng)、出口煙道等組成。一體化反應(yīng)器垂直布置，煙氣豎直向上流動。煙氣由底部入口煙道進(jìn)入，煙氣中的煙塵在中箱體內(nèi)被高溫陶瓷催化劑濾筒外表面攔截，氣體穿過濾筒層時(shí)在催化劑的作用下，煙氣中的NOx與NH3進(jìn)行脫硝反應(yīng)，反應(yīng)后的煙氣經(jīng)由上箱體、出口煙道離開。當(dāng)濾筒外表面積灰達(dá)到一定程度時(shí)，反吹掃管道下部的噴嘴對高溫陶瓷催化劑濾筒噴吹壓縮氣體，通過高壓氣體吹落濾筒外表面積灰至灰斗中，最后經(jīng)輸灰系統(tǒng)送到指定位置。從而既避免了催化劑與煙塵的直接接觸，極大地降低了催化劑中毒及堵塞現(xiàn)象，同時(shí)又起到脫除NOx的作用。中試平臺設(shè)計(jì)的一體化反應(yīng)器見圖1。

圖1 脫硝除塵一體化反應(yīng)器

1.2 中試平臺工藝路線

在水泥工業(yè)中，SCR反應(yīng)器可以有三個(gè)不同的安裝位置，即高溫/高塵、高溫/中塵、低溫/低塵。根據(jù)不同的安裝位置，目前國內(nèi)已開展了相關(guān)的試驗(yàn)研究[3-5]，針對催化劑的最佳反應(yīng)溫度（280℃～360℃），高效SCR脫硝除塵一體化技術(shù)選擇高溫高塵布置。本中試平臺從水泥窯尾一級空氣預(yù)熱器出口煙道引出旁路煙氣用于試驗(yàn)，進(jìn)入中試平臺一體化反應(yīng)器脫硝除塵處理后的煙氣經(jīng)風(fēng)機(jī)加壓后返回余熱鍋爐出口煙道。此外，脫硝除塵一體化反應(yīng)器入口煙道設(shè)有增加NOx量的氣瓶，用于提高煙氣中NOX濃度。中試平臺設(shè)計(jì)的工藝路線見圖2。

圖2 中試平臺工藝路線

1.3 高溫陶瓷催化劑濾筒

陶瓷催化劑濾筒由硅酸鋁纖維、無機(jī)物以及有機(jī)物的混合粘結(jié)劑組成，脫硝催化劑嵌在內(nèi)層。陶瓷纖維組成剛性構(gòu)件，反應(yīng)器內(nèi)部不需要支撐架構(gòu)。濾筒的微觀結(jié)構(gòu)及運(yùn)行一段時(shí)間后的實(shí)物見圖3和圖4。

圖3 陶瓷催化劑濾筒的微觀結(jié)構(gòu)

圖4 陶瓷催化劑濾筒

1.4 中試平臺設(shè)計(jì)參數(shù)

中試平臺通過在日產(chǎn)2 500t的干法水泥熟料生產(chǎn)線上建立一套具有工程參照意義的試驗(yàn)裝置，驗(yàn)證高效SCR脫硝除塵一體化技術(shù)的可行性，設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

為了準(zhǔn)確獲取試驗(yàn)數(shù)據(jù)，中試平臺入口處設(shè)置了在線測量的溫度計(jì)、NOx濃度測試儀、壓力變送器，出口處設(shè)置了在線測量的流量計(jì)、溫度計(jì)、NOx濃度測試儀、壓力變送器、煙塵儀等，同時(shí)每隔30秒保存一組數(shù)據(jù)。從2019年4月投運(yùn)至今，連續(xù)運(yùn)行時(shí)間超過兩個(gè)月，入口煙氣量基本維持在6 000Nm3/h左右，未出現(xiàn)明顯催化劑堵塞及中毒現(xiàn)象，主要性能指標(biāo)達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求。

2.1 出入口NOX濃度變化曲線

水泥廠窯尾煙氣經(jīng)過SNCR脫硝反應(yīng)后的NOX濃度基本維持在290mg/Nm3左右，經(jīng)過SCR脫硝除塵一體化反應(yīng)器后，在高溫陶瓷催化劑濾筒的催化作用下，煙氣中的NOX與NH3進(jìn)行了脫硝反應(yīng)，中試平臺出口NOX濃度穩(wěn)定維持在10mg/Nm3左右，脫硝效率高達(dá)85%～96%，運(yùn)行40h的關(guān)系曲線見圖5。

圖5 出入口NOX濃度變化曲線

表1 中試平臺的設(shè)計(jì)參數(shù)

2.2 出口塵含量變化曲線

中試平臺入口處未安裝在線測試的煙塵儀，試驗(yàn)前經(jīng)手動離線測試，含塵量平均為40g/Nm3，經(jīng)過SCR脫硝除塵一體化反應(yīng)器后，煙氣中的煙塵被濾筒外表面攔截，出口煙氣中的煙塵濃度小于5mg/Nm3，除塵效率高達(dá)99．9%以上，運(yùn)行40h的出口煙塵含量變化曲線見圖6。

圖6 出口煙塵含量變化曲線

2.3 入口NOx高濃度下的變化曲線

為了測試中試平臺入口NOX高濃度下的脫除效率，通過采用NO氣瓶往中試平臺入口噴入NO氣體，使其濃度維持在550mg/Nm3左右，出口濃度低于50mg/Nm3，脫硝效率高達(dá)90%以上，因考慮NO氣體成本等因素，試驗(yàn)過程持續(xù)了半個(gè)小時(shí)左右，之后入口NOX濃度逐漸降低至原始狀態(tài)，連續(xù)運(yùn)行40min的關(guān)系曲線見圖7。

圖7 出入口NOX濃度變化曲線

3 結(jié)論

（1）通過中試平臺長時(shí)間的穩(wěn)定運(yùn)行，表明了高效SCR脫硝除塵一體化技術(shù)的可行性，為后續(xù)的工程化應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

（2）脫硝除塵一體化反應(yīng)器入口NOx濃度高達(dá)500mg/Nm3以上時(shí)，出口的NOx平均濃度小于50mg/Nm3，該裝置具有較高的NOx脫除效率，達(dá)到了火電行業(yè)超低排放的要求。